關(guān)于太陽(yáng)能電池陣模擬器的設計

　　根據太陽(yáng)能電池的數學(xué)模型，太陽(yáng)能電池的輸出I-U 曲線(xiàn)是在一個(gè)恒定電壓下減去一個(gè)二極管的I-U 特性曲線(xiàn)，對此，可采用如圖6所示的太陽(yáng)電池輸出I-U 曲線(xiàn)模擬電路進(jìn)行模擬。

　　由圖可見(jiàn)，輸入包括開(kāi)路電壓和短路電流的給定，由這兩個(gè)參數就能確定太陽(yáng)能電池的工作狀態(tài)。

　　太陽(yáng)能電池的非線(xiàn)性特性主要由模擬器件來(lái)實(shí)現，不同的曲線(xiàn)對應著(zhù)不同特性的二極管和其他電阻電容參數的選擇。

　　開(kāi)路電壓和短路電流由外界環(huán)境條件所決定。

　　根據太陽(yáng)能電池的工程模型，短路電流近似等于太陽(yáng)能電池的光電流，主要由光照條件所決定，而開(kāi)路電壓則近似為電池溫度的一個(gè)線(xiàn)性函數。因此，光照條件和電池溫度就可以簡(jiǎn)單地通過(guò)這兩個(gè)參數的設置得到反映。

　　可以看出，當反饋電壓小于給定的Uoc 的參考值，放大器A1 輸出為負，二極管由于反偏截止，A2的輸出就只能由Isc 決定，整個(gè)電路輸出電流就為短路電流。當反饋電壓增大，能使A1 的輸出為正，二極管正偏導通，A2 的輸入則隨二極管電流的增大而增大，輸出則隨之減小。由于二極管的電壓電流是指數關(guān)系，利用這一關(guān)系進(jìn)行設計，使電流的減小量作為輸出電壓的函數，并通過(guò)選擇合適特性的二極管，就能很好地模擬太陽(yáng)電池陣的I-U 曲線(xiàn)。

　　3.3 功率輸出部分

　　采用圖7所示的功率放大電路，對前面產(chǎn)生的輸出特性進(jìn)行放大，電路采用了電流負反饋的形式，通過(guò)簡(jiǎn)單的調節來(lái)跟蹤模擬器的輸出電流。電路設計上采用了P 溝道的MOSFET，設計成輸入越大，輸出電流越小的形式，這樣整個(gè)電路的輸出電流將隨二極管壓降的增大而減小。當所需的輸出功率較大時(shí)，可以采用一組該電路進(jìn)行并聯(lián)，由于MOSFET的負溫度系數特性，實(shí)現了輸出時(shí)的自然均流。同時(shí)在負載上并聯(lián)了電容Co，以模擬太陽(yáng)能電池的節電容。為了保證每個(gè)MOSFET 支路不因短路而發(fā)生故障，需在每個(gè)MOSFET 支路上安裝一定容量的保險絲，以確保整個(gè)模擬器的安全。太陽(yáng)電池陣模擬器的每個(gè)主陣支路模塊擁有支路輸出、抽頭點(diǎn)輸出和功率地3 個(gè)對外功率接口端子。

　　4 實(shí)驗結果

　　根據上述太陽(yáng)能電池單體模型仿真電路，進(jìn)行了I-U 特性曲線(xiàn)的Pspice 仿真及實(shí)際電路測試。在測試中，每組實(shí)驗采樣60 個(gè)點(diǎn)，然后擬合作出曲線(xiàn)圖。圖8 示出光照條件和溫度條件變化時(shí)電池的I-U 特性曲線(xiàn)波形。

　?。?）光照條件變化時(shí)的電池I-U 特性參數設定：溫度參考電壓UT=- 5.11V；光照參考電壓UE1=3.54V，UE2=2.06V，UE3=1.08V。不同UE 對應不同的光照條件。

　　由圖8a 可見(jiàn)，UT 固定不變，隨著(zhù)UE在實(shí)驗中，對兩臺逆變器的連線(xiàn)阻抗設置了一定差值，圖5 示出兩臺逆變器并聯(lián)，接入交流母線(xiàn)時(shí)輸出電流io 的實(shí)驗波形。實(shí)驗結果顯示，在逆變器進(jìn)入并聯(lián)系統時(shí)，瞬時(shí)均流性能較好，動(dòng)態(tài)響應很快，并很快進(jìn)入穩態(tài)，并聯(lián)系統的環(huán)流非常小。兩臺逆變器在輸出阻抗不均的條件下，仍能保持較好的均流特性，并聯(lián)時(shí)逆變器的輸出電壓保持了很好的正弦度，在逆變器接入交流母線(xiàn)時(shí)，并聯(lián)逆變器能迅速實(shí)現均流。

　　5 結論

　　現在，太陽(yáng)能的利用還不是很普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉換效率低的問(wèn)題，但是太陽(yáng)能電池在為人造衛星提供能源方面得到了應用。

　　本文所提出的控制器不僅具有良好的負載特性和輸出特性，并且在并聯(lián)中具有較強的參數適應性、良好的動(dòng)態(tài)響應性能和均流性能。